JPS63121705A - 管の外径及び中心位置測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は、管の外径及び中心位置測定装置に係り、特に
、オンラインで管を自動検査する除用いるのに好適な、
管の外径及び中心位置測定装置の改良に関する。

【従来の技術】

従来から、管の外径や位置を非接触で測定する装置とし
て、投光部及び受光部を有し、所定の平行光束を該投光
部から検出点へ送出し、前記受光部で受光された該光束
の反射光により距離を測定する距離計がある。このよう
な距離計を複数台使用して管の計測に用いる技術には、
例えば第６図に示されるように、−点の検出点当り２台
の非接触式距離計ＩＡ、ＩＢを用いて、外径を既知とし
た管２の中心を求める技術や、特公昭５８−３２３２４
号公報に開示された如き、２台の光学的検知器を用いて
、管の外径と中心位置を求める方法などがある。 第６図に示した管２の中心を求める方法においては、前
記管２の中心座標Ｏを、非接触式の距離計例えばレーザ
距離計を１つの検出点当り２台用いて計測する。この場
合の計測方法は、図に示されるように、既知の角度θＷ
Ｏ１θｄｏで、既知の基準点（ｘｗｏ、　ｙｗｏ）、（
Ｘｄｏ、　Ｙｄｏ）から管壁までの距離を計測し、該鋼
管壁上の２点（ｘｗ　、　ｙＷ〉、（Ｘｄ　、　Ｙｄ　
）を求める。この場合、管２の外径２「が既知とすれば
、骸骨２の中心座標（Ｘ、Ｙ）が得られる。 上記の如き、非接触式の距離計を用いて管の中心座標を
検出する技術を応用する例に、第７図に示すように、管
例えば鋼管２人の曲り量を求める技術がある。この技術
は、図に示すように、トリプルピンチロール３で片持ち
状態とされた鋼管２Ａの長手方向の３点０１〜０３の中
心座標をレーザ距離計を２台ずつ用いた各測定器４Ａ〜
４Ｃで計測し、その中心座標で前記鋼管２人の曲り塁δ
と曲り方向をベクトル的に求める。この場合の曲り量δ
は（０１＋０３）／２−０２で求められる。

【発明が解決しようとする問題点】

しかしながら、前記従来の管の外径及び中心位置を検出
する技術を採用した装置では、例えば第６図に示される
ように、１つの検出点の座標を得るのに２台以上の前記
非接触式の距離計を必要とし、従って、装置が高価とな
りラインに導入する際の障害となるという問題点がある
。

【発明の目的】

本発明は、前記従来の問題点を解消すべくなされたもの
であって、投光部及び受光部からなる検出部を回転させ
て、検出点との距離を連続的にとらえて処理することに
より、１台の距離計で管の外径及び中心位置を精度良く
測定することができる管の外径及び中心位置測定装置を
提供することを目的とする。

【問題点を解決するための手段】

本発明は、投光部及び受光部からなる検出部を有し、所
定の平行光束を前記投光部から検出点へ送出し、受光部
で受光された前記光束の反射光により検出部と検出点間
の距離を検出し、検出距離から前記管の外径及び中心位
置が測定される管の外径及び中心位置測定装置において
、前記検出部を管の長手方向の軸に平行な軸を中心とし
て回転させる手段と、前記検出部の回転角を検出する手
段と、前記検出部より一定距離に、且つ前記管を包むよ
うに配設された、前記光束を反射させるための反射板と
、前記管と検出部′とめ距離を連続して測定した値の最
小値を算出する手段と、前記検出点が前記反射板から前
記管へ変化したとき及び骸骨から反射板へ変化したと、
きめ回転角を求める手段と、前記算出された最小値及び
求めちれた回転角を用いて前記管の中心位置及び外径を
求める手段と、を備えたことにより、前記目的を達成し
たものである。

【作用】

本発明においては、所定の平行光束を投光部から管へ送
出し、受光部で受光された前記光束の反射光により、前
記検出点と検出部間の距離を検出し、検出距離から管の
外径及び中心位置を測定する際に、前記投光部及び受光
部を有する検出部を、前記管の長手方向の軸に平行な軸
を中心として回転可能とし、前記管と検出部との距離を
連続して測定した値の最小値を算出し、測定点が反射板
から前記管へ変化したとき及び骸骨から反射板へ変化し
たときの回転角を求め、前記算出された最小値及び求め
ちれた回転角を用いて前記管の中心位置及び外径を求め
る。 従って、１つの検出部で管の外径及び中心位置を精度良
く測定できる。よって、従来２台以上の距離計を要し装
置が困難であったのに対し、本発明により、１台の距離
計で管の外径及び中心位置を測定することが可能となる
。このため、装置構成が比較的簡単になって、装置が安
価となり、又、保守が簡易化し、保守費用を低下できる
。

【実施例】

以下、図面を参照して本発明に係る管の外径及び中心位
置測定装置の実施例について詳細に説明する。 第１図は、この実施例の全体構成を示す横断面図である
。図において、１０は管１８までの距離を光学的に測定
するための検出端であり、この検出端１０の詳４■な楕
成は第２図及び第３図に示す如くである。この検出端１
０には投光部１２及び受光部１４を有する検出部１６が
設けられ、該検出部１６より一定距離に、且つ、外径及
び中心位置が測定される管１８を包むように、前記投光
部１２からのレーザ光を反射させるための反射板２０が
配設される。前記検出端１０と反射板２０の距離は、前
記管１８が検出端１０から最も遠ざかった時でも干渉が
なく、又、前記管１８が最も検出端１０に近付いた時で
も測定範囲に入るような距離であり、且つ、前記検出端
１０の測定範囲である距離とされる。 前記検出端１０から得られる情報は、検出端１０の回転
角θと検出端１０から測定点までの距離×１であり、そ
れら情報は、距離計本体２２中に設けられている演算装
置２３に入力される。 前記距離計本体２２及び演算装置２３は、入力情報から
検出点ＳＰと検出端１０との距離×１及び前記検出部１
６の回転角θを算出し、算出距離×１及び回転角θから
管１８の外径２ｒと中心位ｆｉ（ｄ、θｒ）を求め、表
示や伝送などが行うようにされる。 ところで、通常、非接触式距離計には測定値の有効、無
効を示す信号が用意されている。前記距離計本体２２に
該信号が用意されている場合は、この信号を用いてロジ
ックを楕成し、前記測定値の有効、無効が判断される。 又、前記有効、無効を示す信号が用意されていないとき
には、測定時に測定値上、下限値を設定しておき、前記
所定値と前記上、下限値を比較することにより測定値の
有効、無効を判定する。 次に、前記検出端１０の構成について、該検出ｆ／ｊＡ
１０の正面、側面を示す第２図及び第３図に基づき説明
する。 図に示すように、該検出端１０には、検出対象とされる
管１８や反射板２０等の検出物２４の検出点ＳＰヘレー
ザ光を照射させるための投光部１２と、検出点ＳＰから
の反射光を受光するための受光部１４からなる検出部１
６と、該検出部１６が取付けられて中心軸Ｐを中心とし
て回転させるための回転部２６と、該回転部２６を回転
させるための回転機２８と、前記中心軸Ｐを支持するた
めの固定部３０と、前記検出部１６の回転角を検出する
ための例えばアブソリュート型のパルスジェネレータ３
２とが備えられる。 以下、実施例の作用について説明する。 第１図は、本実旅例に係る測定装置の測定位置に管１８
が設置された状態を示すものである。管１８を検出する
際には、実施例の場合、検出端１０を図面上左回りに回
転させる。この際、該検出端１０から出力される信号の
例を第４図に示す。 同図（Ａ）は前記検出端１０の回転角θを、同図（Ｂ）
は検出端１０と検出点との距離×１、同図（Ｃ）は該距
離の測定値の有効（ＯＫ）　、無効（ＮＧ）を表わす信
号である。この場合、図の横軸は、各々測定開始からの
時刻を示す。 測定の初期においては、検出端１０は反射板２０までの
距離を測定している。距離計本体２２及び演算装置２３
は、常時、同図（Ａ）〜（Ｃ）の信号をサンプリングし
、同図（Ｂ）に示す測定される距離×１の最小値を記憶
している。 前記検出端１０が回転し、回転角が０１となつり該検出
端１０が管１８の幅方向端面を測定する場合、投光部１
２から照射されたレーザ光は前記端面で乱反射するため
、受光部１４に受光されず、受光部１４から出力される
反射信号は同図（Ｂ）で示されるように無効となり、同
図（Ｃ）に示すように無効信号ＮＧが作成される（時刻
ｔ　１）。 前記距離計本体２２及び演算装置２３は、同図（Ｃ）に
示すように測定距離信号が有効ＯＫから無効ＮＧに変わ
った時刻ｔ１の回転角θ１を取込み、そして、無効とな
った以後は、測定距離×１のサンプリングを中断する。 更に前記検出端１０が回転すると、反射信号は同図（Ｂ
）に示すように、時刻ｔ２を過ぎた時点で正常に反射し
て受光部１４に受光されるようになり、距離×１の測定
が可能となる。従って同図（Ｃ）に示すように測定距離
の信号は無効ＮＧから有効ＯＫに変わる。そして、前記
測定距離×１はレーザ光が管１８゛の中心に位置したと
きに最小値ｘ　ｌｉｎとなり、前記距離計本体２２及び
演算装置２３は、この測定距離の最小値ｘ　ｎ＋ｉｎを
取込む。 前記検出端１０の回転が更に進むと、該検出端１０から
のレーザ光は管１８の端面に照射されることとなり、乱
反射して距離の検出が不能となり、測定距離信号も同図
（Ｃ）に示すように時刻ｔ３で有効から無効に変化する
。 前記検出端１０の回転が更に進み時刻

【４を過ぎるとレ
ーザ光の照射位置が前記端面を外れるため、同図（Ｂ）
に示すように再び測定距離×１の信号が出力される。こ
のときの検出端１０の回転角θ２を距離計本体２２及び
演算装置２３に取込み、以降は前記検出端１０で反射板
２０を検出し続ける。 以上の検出手順を繰返し行うことにより、得ろれた各検
出値を用いて本実施例に係る測定装置は、以下のように
して管１８の任意の長手方向位置における中心座標及び
外径を求めることができる。 即ち、前記距離計本体２２及び演算装置は、上記の手順
によって得られた情報、即ち各回転角θ１、θ２及び測
定距離の最小値ｘ　ｍｉｎを元に、管１８の外径２ｒと
曲座標形式での管１８中心位置（ｄ、θｒ）を、次式（
１）〜（３）の関係を利用して求める。 ｄ　＝ｒ　十ｘ　　　　　　　　　　・・・・・・・・
・（１）ｒ／（ｒ＋ｘ　）−ｓｉｎ　　（（θ２−θ１
）　／　２１・・・・・・（２） θｒ−（θ１十０２）／２　　・・・・・・（３）但し
、ｄは検出端１０と管１８中心管の距離、θｒは検出さ
れた端面の回転角θ１、θ２の中心角を現わす。 なお、式中の各記号の幾何学的な関係は第１図中に示さ
れる如くである。 前記距ｌ１ｔｆ計本体２２及び演算装置が検出端１０で
前記回転角θ１、θ２、及び最小値ｘ　ｍｉｎを得る毎
に、外径２ｒと管中６位ｇ（ｄ、θｒ）を演算して求め
、表示、伝送などを行う。なお、以上のような本実施例
に係る測定装置を管１８の長手方向に間隔自在に複数台
設けることにより、管１８の曲りの測定が可能となる。 次に、本実施例に係る測定装置を適用し、鋼管製造工場
の製品検査ラインで、第５図に示されるように、鋼管１
８Ａの曲りと外径を自動測定する曲り外径測定装置の例
について説明する０図において、３６は鋼管１８Ａを搬
送するための搬送ローラである。 前記向り外径測定装置は、図で示すように、各々検出端
１０Ａ〜１０Ｃ１反射板２０Ａ〜２０Ｃ及びそれら検出
端１０Ａ〜１０Ｃ５反射板２０Ａ〜２０Ｃを支持する支
持体３７Ａ〜３７Ｃを有する３台の測定部３８Ａ〜３８
Ｃを備え、各測定部３８Ａ〜３８Ｃからの出力信号は１
つの距菫計本体２２に入力される。そして、鋼管１８Ａ
の曲りはそれら３つの測定部３８Ａ〜３８Ｃからの出力
される中心位ｇ（ｄ、θｒ）から求める。この場台、鋼
管は外径１７７．８ｍｎ、長さ１２１のものを測定した
。測定精度としては、外径が±０．２１１’１ｍ、曲り
が±０．３１ＩＮであった。この結果は、従来の２台の
レーザ距離計を用いて測定した際の精度と比較しても遜
色がないものであった。 曲りの測定手順は次の如くである。即ち、鋼管１８Ａを
搬送ローラ３６上に載せ、該搬送ローラ３６を回転させ
て３台の測定部３８Ａ〜３８Ｃの各検出端１０Ａ〜ＩＯ
Ｃの下に前記鋼管１８Ａを移送する。次に、前記３台の
検出端１０Ａ〜１０Ｃを図中の角度θＳ方向から左回り
方向に１２０°回転させる。回転時においては、レーザ
光を検出端１０Ａ〜ＩＯＣから反射板２０Ａ〜２０Ｃの
方向に照射する。そして、反射される反射光を検出端１
０で受光する。検出端１０で受光された反射光を距離計
本体２２及び演算装置に入力して距・離×１を求める。 求めちれた距離×１から、端面の回転角θ１、θ２及び
鋼管１８Ａまでの最小値ｘ＋ｕｉｎを求める。そして、
前記（１）〜（３）式で管１８の外径２「と中心位？１
Ｃ（ｄ、θｒ）を求める。以上のように各測定部３８Ａ
〜３８Ｃで求めちれた中心位置より管１８の曲りを求め
る。なお、３台の測定部３８Ａ〜３８Ｃの間隔は、実施
例の場合、３８Ａ、３８Ｂ間は５１．３８Ｂ、３８０間
も５ｍとした。又、管１８の長さに応じて、測定部３８
Ｂを固定し、他の測定部３８Ａ、３８Ｃは図示しない駆
動手段により移動させ、各測定部３８Ａ、３８Ｂ間、３
８Ｂ、３８Ｃ間の距離を適宜調整するようにもできる。 なお、前記実施例においては、第２図及び第３図に示さ
れる構成の検出部１６を有する第１図に示す如き測定装
置、について例示したが、本発明に係る検出部１６及び
測定装置の構成はこれに限定されず、他の構成の検出部
を用いることもできる。 又、前記実施例においては、鋼管１８Ａの曲りを測定す
るのに第５図に示されるように３台の測定部３８Ａ〜３
８Ｃを備える測定装置について例示したが、本発明に係
る測定装置の連用範囲は鋼管の曲り測定のみに限定され
るものではなく、他の種類の管の中心位置及び外径を求
める用途に用いることができる。 【発明の効果】 以上説明した通り、本発明によれば、投光部及び受光部
からなる検出部を回転させて、検出点との距離を連続的
にとらえて処理することにより、管の外径及び中心位置
を１台の検出部で精度良く測定することができる。従っ
て、装置構成が比較的簡単になり、安価となり、又、保
守が簡易化し、保守費用を低下できるという優れた効果
が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る管の外径及び中心位置測定装置
の構成及び測定状態の例を示す横断面図、第２図は、前
記測定装置の検出端を示す正面図、第３図は、同側面図
、第４図は、前記実施例の作用を説明するための、前記
測定装置の検出信号の例を示す線図、第５図は、前記測
定装置が適用された製品検査ラインの構成の例を示す斜
視図、第６図は、従来の管中心測定技術の例を示す正面
図、第７図は、前記測定技術を用いた管の曲り計測原理
を示す、一部所面図を含む正面図である。 １０・・・検出端、 １２・・・投光部、 １４・・・受光部、 １６・・・検出部、 １８・・・管、 １８Ａ・・・鋼管、 ２０・・・反射板、 ２２・・・距離計本体、 ２３・・・演算装置、 ２４・・・検出物、 ２６・・・回転部、 ２８・・・回転機、 ３２・・・パルスジェネレータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）投光部及び受光部からなる検出部を有し、所定の
   平行光束を前記投光部から検出点へ送出し、受光部で受
   光された前記光束の反射光により検出部と検出点間の距
   離を検出し、検出距離から前記管の外径及び中心位置が
   測定される管の外径及び中心位置測定装置において、 前記検出部を管の長手方向の軸に平行な軸を中心として
   回転させる手段と、 前記検出部の回転角を検出する手段と、 前記検出部より一定距離に、且つ前記管を包むように配
   設された、前記光束を反射させるための反射板と、 前記管と検出部との距離を連続して測定した値の最小値
   を算出する手段と、 前記検出点が前記反射板から前記管へ変化したとき及び
   該管から反射板へ変化したときの回転角を求める手段と
   、 前記算出された最小値及び求めちれた回転角を用いて前
   記管の中心位置及び外径を求める手段と、を備えたこと
   を特徴とする管の外径及び中心位置測定装置。